JP2013024794A

JP2013024794A - 半導体検査装置及び半導体検査方法

Info

Publication number: JP2013024794A
Application number: JP2011161847A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Kimura; 高博木村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2013-02-04

Abstract

【課題】複雑な制御を行うことなく、半導体の実装状態に左右されずに検査を行うことが可能な半導体デバイス検査装置及び半導体デバイス検査方法を提供する。
【解決手段】検査装置１は、半導体２Ａに接触するプローブ９０を複数有するプローブセット部７０と、このプローブセット部７０を保持するとともに半導体２Ａに向けて加圧するセット保持部８０とを備え、プローブセット部７０とセット保持部８０との接触部７１，８１Ａを球形とした構成とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、複数のプローブを備えた半導体検査装置及び半導体検査方法に関する。

半導体デバイスの製造においては、信頼性を保証するため、例えば、（１）モジュール組み立て前に基板に実装された半導体を検査する、（２）基板への実装前に半導体単体で検査する、（３）モジュール組み立て後に検査する等が行われている。
しかしながら、（２）のように実装前に半導体を検査する場合、半導体が実装工程で破壊されてしまうと、歩留まりが悪くなる。また、（３）のようにモジュールの組み立て後に検査する場合、半導体の不良が発見されると、他の正常部品を含むモジュール全体を破棄することとなり、製造コストが高くなるという問題がある。
そこで、（１）のように、モジュール組み立ての前に検査装置を用いた検査が行われている。この種の検査装置では、半導体デバイスの半導体に複数のプローブを接触させて電流を流し、半導体デバイスを動作させて電気特性測定等の検査が行われている。

ところで、半導体デバイスは、半導体を基板に半田により実装して構成されるが、半導体が傾いた状態で基板に実装される場合がある。この場合、半導体デバイスとプローブとの接触力が不均一となるので、正確な検査結果を得ることができないだけでなく、大電流を流すと接触抵抗が低いプローブに電流が集中し、半導体が損傷する可能性がある。
そこで、従来、複数の流体シリンダのそれぞれにプローブを摺動可能に設け、各シリンダ内の流体の圧力を制御することで、各プローブの押圧力を調整し、プローブの押圧力を均一化する検査装置が知られている（例えば、特許文献１）

特開２０１０−１６９５２６号公報

しかしながら、上記従来の構成では、各シリンダの圧力を制御して、各プローブの押圧力を調整しなければならず、制御が煩雑になってしまう。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、複雑な制御を行うことなく、半導体の実装状態に左右されずに検査を行うことが可能な半導体デバイス検査装置及び半導体デバイス検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、被検査物に接触するプローブを複数有するプローブセット部と、このプローブセット部を保持するとともに前記被検査物に向けて加圧するセット保持部とを備え、前記プローブセット部と前記セット保持部との接触部を球形としたことを特徴とする。
上記構成によれば、プローブセット部とセット保持部との接触部を球形としたため、プローブセット部が被検査物の傾きに追従して傾くので、プローブの押圧力を均一化できる。

上記構成において、前記セット保持部は、第１保持部と、第１保持部に連結部を介して連結され、前記プローブセット部内に設けられる第２保持部とを有し、前記プローブセット部と前記第１保持部との接触部を球形としてもよい。
上記構成によれば、プローブセット部とセット保持部の第１保持部との接触部を球形としたため、プローブセット部が半導体の傾きに追従して傾くので、プローブの押圧力を均一化できる。

上記構成において、前記プローブセット部を前記セット保持部に対し浮かせる浮上手段を設けてもよい。
上記構成によれば、浮上手段により、プローブセット部をセット保持部に対し浮かせることができるので、プローブセット部を半導体の傾きに追従して容易に傾けることができる。

また、本発明は、半導体に接触するプローブを複数有するプローブセット部と、このプローブセット部を保持するセット保持部とを備える半導体検査装置を用いた半導体検査方法であって、前記プローブセット部と前記セット保持部との接触部を球形とし、前記セット保持部と前記プローブセット部とを調芯し、前記セット保持部によって前記プローブセット部を前記半導体に向けて加圧して、複数の前記プローブを前記半導体に略均等な力で押圧して検査することを特徴とする。
上記構成によれば、プローブセット部とセット保持部との接触部を球形とし、セット保持部とプローブセット部とを調芯し、セット保持部によってプローブセット部を半導体に向けて加圧して、複数のプローブを半導体に略均等な力で押圧して検査するため、プローブセット部が半導体の傾きに追従して傾くので、プローブの押圧力を均一化できる。

本発明によれば、プローブセット部とセット保持部との接触部を球形としたため、プローブセット部が半導体の傾きに追従して傾くので、複雑な制御を行うことなく、プローブの押圧力を均一化でき、その結果、半導体の実装状態に左右されずに検査を行うことが可能となる。

また、プローブセット部とセット保持部の第１保持部との接触部を球形としたため、プローブセット部が半導体の傾きに追従して傾くので、複雑な制御を行うことなく、プローブの押圧力を均一化でき、その結果、半導体の実装状態に左右されずに検査を行うことが可能となる。

また、浮上手段により、プローブセット部をセット保持部に対し浮かせることができるので、プローブセット部を半導体の傾きに追従して容易に傾けることができる。

また、プローブセット部とセット保持部との接触部を球形とし、セット保持部とプローブセット部とを調芯し、セット保持部によってプローブセット部を半導体に向けて加圧して、複数のプローブを半導体に略均等な力で押圧して検査するため、プローブセット部が半導体の傾きに追従して傾くので、プローブの押圧力を均一化できる、その結果、半導体の実装状態に左右されずに検査を行うことが可能となる。

本発明の実施形態に係る検査装置の電気的構成を示す回路図である。検査装置の主要部の構造的な構成を示す図である。プローブを示す模式図である。レギュレータを動作させた状態の検査装置を示す図である。プローブを半導体に接触させた状態の検査装置を示す図である。プローブを半導体に押圧した状態の検査装置を示す図である。本発明の変形例に係る検査装置を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、パワー半導体デバイスの一例として、直流を交流に変換する電力変換装置たるインバータ装置のアームを例示し、当該アームを被試験デバイス（いわゆる、ＤＵＴ）として検査する検査装置について説明する。

図１は、検査装置１の電気的構成を示す回路図である。
検査装置１は、インバータ装置が備える１相分のアーム２を検査する装置である。
アーム２は、逆並列接続されたダイオード４を有する２つのスイッチング素子６を直列接続して構成されており、電位が正電位となる高圧側（以下、「Ｐ側」と言う）のラインと、電位が負電位（アース電位を含む）となる低圧側（以下、「Ｎ側」と言う）のラインとの間に接続され、アーム２の中点Ｐから出力が得られる。スイッチング素子６には、パワー半導体の一例たるＩＧＢＴが用いられている。アーム２は、インバータモジュールに組み込む前のベアチップ状態で検査され、各スイッチング素子６のゲート端子には、ゲートドライブ回路ＧＤが接続され、当該ゲートドライブ回路ＧＤにはゲート電圧を測定するための電圧測定器１０が設けられている。また、この検査装置１では、アーム２の熱抵抗試験を実施可能にするために、アーム２をヒータ８で加熱可能になっている。

検査装置１は、アーム２の各スイッチング素子６をゲートドライブ回路ＧＤにより実際の動作状態に則してスイッチング動作させたときの出力を評価可能に構成されており、直流電源１２を有した電源回路１４と、この電源回路１４の高圧側に接続されるＰ側バスライン１６と、低圧側に接続されるＮ側バスライン１８と、負荷回路１９とを備え、これらＰ側バスライン１６及びＮ側バスライン１８の間にアーム２が電気的に接続されている。Ｐ側バスライン１６及びＮ側バスライン１８とアーム２との電気的な接続部６６は、プローブユニット６２（図２参照）を通じて行われるが、この詳細については後述する。

電源回路１４は、電解コンデンサ２０、整流ダイオード２２、スイッチング素子２４及びサイリスタ２６を有する昇圧回路２８を備え、また、この電源回路１４の出力段には出力電圧を測定する電圧測定器３０が設けられている。
負荷回路１９は、疑似誘導負荷３１と、疑似誘導負荷３１を流れる電流の向きを切り替えるための４つの切替スイッチ３２を備え、インバータ装置が駆動する交流モータ（例えば電気自動車の車両駆動モータ）の負荷を擬似的に再現する。この負荷回路１９に上記アーム２の中点Ｐが接続され、アーム２が負荷回路１９を駆動する際の性能試験が行われる。

検査装置１は、上記の他にも、アーム２の両端電圧を検出する電圧測定器３４、アーム２の中点ＰからＰ側バスライン１６及びＮ側バスライン１８の電位差をそれぞれ検出する電圧測定器３６、３８、Ｐ側バスライン１６及びＮ側バスライン１８のそれぞれの電流を検出するカレントトランス４０、４２、Ｐ側バスライン１６に設けられた短絡保護回路４４、及び負荷回路１９とアーム２の間に設けられたスナバコンデンサ４６を備えている。

短絡保護回路４４は、検査時にアーム２が短絡破壊された時に生じる短絡電流から検査装置１を保護するための回路であり、逆並列接続されたダイオード４９を有し、Ｐ側バスライン１６に介挿されるスイッチング素子５０と、カレントトランス４０に基づいて短絡電流を検出し、スイッチング素子５０のゲートドライブ回路ＧＤを制御してオフし、Ｐ側バスライン１６を絶縁する短絡保護制御部５２とを有する。

図２は、検査装置１の主要部の構造的な構成を示す図である。また、図３は、プローブ９０を示す模式図である。
検査装置１は、プローブユニット６２と、ワークセット部６１とを備えている。
プローブユニット６２は、複数本（本実施形態では４本）のプローブ９０を有し、アーム２の表面に設けられた各スイッチング素子６の電極パッド（図示略）にプローブユニット６２を所定の押圧力で押し付けて各プローブ９０をコンタクトさせるものである。
ワークセット部６１は、アーム２を載置する載置台６３と、この載置台６３を上下に可動する昇降ユニット６４とを備えている。アーム２を載置台６３にセットする時には、昇降ユニット６４が載置台６３を下降位置まで下げることで載置台６３にアーム２をセット可能にし、検査時には載置台６３を上げて所定位置にアーム２をセットする。

載置台６３の直上には、上記プローブユニット６２が位置する。直下の所定位置にアーム２がセットされた後、プローブユニット６２は、図示せぬ昇降機構によって下降し、これによりプローブユニット６２のプローブ９０がアーム２の表面に触針する。このプローブ９０とアーム２の接触により、上述の電気的な接続部６６（図１）が構成される。プローブユニット６２は、上述のＰ側バスライン１６及びＮ側バスライン１８に電気的に接続され、これらを通じて電源回路１４から電位が与えられる。

ところで、アーム２は、被検査物である半導体２Ａ（スイッチング素子６）を基板２Ｂに半田２Ｃにより実装して構成されているが、半導体２Ａの溶融状態によっては、半導体２Ａが基板２Ｂに対し傾く場合がある。したがって、プローブユニット６２は、半導体２Ａの実装状態に左右されずに、半導体２Ａを安定して検査可能であることが望まれる。
そこで、本実施形態のプローブユニット６２は、複数本のプローブ９０が設けられるプローブセット部７０と、このプローブセット部７０を保持するセット保持部８０と、プローブセット部７０をセット保持部８０に対し浮かせる浮上手段６５を備えて構成されている。
セット保持部８０は、上記昇降機構に接続され昇降可能に構成されており、プローブセット部７０の上方に配置される本体（第１保持部）８１と、プローブセット部７０内に配置される支持体（第２保持部）８２と、本体８１と支持体８２を連結する連結部８３とを備えている。

本体８１は当該本体８１の下面がプローブセット部７０の上面と接触可能なように設けられており、下面は凸状球形（本実施形態では、楕円球形）の保持部側接触面（接触部）８１Ａを構成している。また、本体８１には、空洞部Ｃ１が形成されており、本体８１に設けられた流入口８１Ｂから空洞部Ｃ１に流体が供給されるようになっている。流入口８１Ｂには流体供給管６７が接続され、流体供給管６７には本体８１に供給する流体の流量（圧力）を制御するレギュレータ６８が設けられている。これらの流体供給管６７及びレギュレータ６８は本実施形態の流体供給手段を構成している。流体としては、気体又は流体を使用できるが、取り扱いの容易性やコストの観点から、空気を使用することが望ましく、本実施の形態では、例えば工場エアを用いている。

支持体８２は、上面である支持面８２Ａが凸状球形（本実施形態では、楕円球形）に形成されており、プローブセット部７０の上側内面を支持面８２Ａに当接させてプローブセット部７０を支持している。また、支持体８２には空洞部Ｃ２が形成されており、中空の連結部８３により、本体８１の空洞部Ｃ１と支持体８２の空洞部Ｃ２とが連通している。支持体８２には、支持面８２Ａに、本体８１から連結部８３を介して支持体８２内に流入した流体をプローブセット部７０内に流出するための流出口８２Ｂが複数形成されている。
連結部８３は、支持体８２に支持されたプローブセット部７０と、本体８１の間に隙間を形成する長さに設定されている。

プローブセット部７０は、上面が、本体８１の保持部側接触面８１Ａと接触する凹状球形（本実施形態では、楕円球形）のセット部側接触面（接触部）７１を構成している。セット部側接触面７１の半径は、保持部側接触部の半径より大きくされている。
プローブセット部７０には、支持体８２を収容する支持体収容室Ｃ３が形成されており、プローブセット部７０の上板（被支持体）７２が支持体８２に支持される。上板７２、支持体８２及び流出口８２Ｂは、プローブセット部７０を浮かせた状態で揺動自在に支持する浮上手段６５を構成している。

上板７２の内面には、支持体８２の支持面８２Ａに当接する凹状球形（本実施形態では、楕円球形）の被支持面７３が形成されている。被支持面７３の半径は、支持面８２Ａの半径とほぼ同一にされている。
上板７２には、セット保持部８０の連結部８３を挿通する連結孔７４が形成され、連結孔７４は、プローブセット部７０の揺動による連結部８３の移動を許容できる大きさに形成されている。

プローブセット部７０の下板７５には、複数本のプローブ９０が摺動自在に一列に設けられている。各プローブ９０は、図３に示すように、半導体２Ａ（図２）に接触するピン９１と、ピン９１を摺動可能に支持するスリーブ９２と、ピン９１を半導体２Ａに向けて付勢するスプリング９３とを備えている。ピン９１の外周面にはガイド部９４が取り付けられており、このガイド部９４がスリーブ９２に沿って移動する。ピン９１の一端は半導体２Ａに接触するヘッド部９１Ａとなっており、他端には配線９５が接続される。
プローブ９０の配線９５は、図２に示すように、プローブセット部７０に形成された配線孔７６からプローブセット部７０の外部に引き回され、Ｐ側バスライン１６又はＮ側バスライン１８（図１）に接続されている。

複数本のプローブ９０の半数のプローブ９０（以下、「Ｐ側プローブ」と称し、符号９０Ａを付す）は、Ｐ側バスライン１６に接続され、電源回路１４（図１）から高電位（正電位）が与えられる。残りのプローブ９０（以下、「Ｎ側プローブ」と称し、符号９０Ｂを付す）は、Ｎ側バスライン１８に接続され、電源回路１４からアース電位（負電圧）が与えられる。
検査時においては、Ｐ側プローブ９０Ａ（図１）のそれぞれがアーム２のＰ側のスイッチング素子６のコレクタ電極パッドに接触し、またＮ側プローブ９０ＢのそれぞれがＮ側のスイッチング素子６のエミッタ電極パッドに接触する。

次に、本実施形態の作用について説明する。図４は流体の供給停止状態の検査装置１を示す図であり、図５はプローブ９０を半導体２Ａに接触させた状態の検査装置１を示す図であり、図６はプローブ９０を半導体２Ａに押圧した状態の検査装置１を示す図である。
プローブセット部７０は、図２に示すように、流体の供給が行われない初期状態（流体の供給停止状態）では、その自重が被支持面７３と支持面８２Ａとの当接によって鉛直方向に安定よく受けられて、セット保持部８０に垂下支持される。

一方、流体が供給されると、プローブセット部７０は、図４に示すように、浮いた状態で支持される。より詳細には、レギュレータ６８が作動すると、流体が、矢印で示すように、流体供給管６７から本体８１の空洞部Ｃ１に供給され、連結部８３を通って支持体８２の空洞部Ｃ２に流入し、支持体８２に形成された流出口８２Ｂから支持体収容室Ｃ３内に噴出される。これにより、被支持面７３が流体の圧力を受けて、上板７２が支持体８２から離間して浮上し、すなわち、プローブセット部７０がセット保持部８０に浮いた状態で保持される。

次いで、図５に示すように、セット保持部８０を図示せぬ昇降機構により押し下げると、プローブ９０が半導体２Ａに接触する。このとき、プローブセット部７０がセット保持部８０に浮いた状態で保持されているため、上板７２の被支持面７３と支持体８２の支持面８２Ａとの間の摩擦がなく、半導体２Ａが傾いている場合には、プローブセット部７０が半導体２Ａの傾きに追従して容易に傾く。プローブセット部７０が傾くことにより、半導体２Ａに衝撃を与えることなく、プローブ９０の全てが半導体２Ａに略均等に接触する。
そして、流体の供給を停止し、セット保持部８０を押し下げ続けると、図６に示すように、プローブセット部７０のセット部側接触面７１とセット保持部８０の保持部側接触面８１Ａとが接触する。

ここで、セット部側接触面７１と保持部側接触面８１Ａとは球形に形成されているため、プローブセット部７０が傾いた状態で、セット部側接触面７１と保持部側接触面８１Ａとが接触する。これにより、プローブセット部７０は、半導体２Ａの傾きに追従して傾いた状態で位置決めされ、この状態のままセット保持部８０によりアーム２に向けて加圧されるので、プローブ９０を均等の押圧力で半導体２Ａに押し付けることができる。すなわち、プローブセット部７０とセット保持部８０は、複数のプローブ９０が半導体２Ａに略均等な力で押圧されるように調芯された状態で接触するので、セット保持部８０によってプローブセット部７０を半導体２Ａに向けて加圧することで、複数のプローブ９０を半導体２Ａに略均等な力で押圧して検査できる。したがって、本実施の形態では、各プローブ９０にシリンダを設ける必要がないので構成が簡素化するとともに、プローブ９０毎に押圧力を調整する必要がないため、煩雑な制御を行う必要がない。
なお、各プローブ９０は、摺動自在に構成されているため、プローブ９０が半導体２Ａに接触する際や、プローブ９０が半導体２Ａに押圧されるときには、略上方に押し上げられ、適切な押圧力が維持されることとなる。

以上説明したように、本実施形態によれば、プローブセット部７０とセット保持部８０との接触面７１，８１Ａ、より詳細には、プローブセット部７０とセット保持部８０の本体８１との接触面７１，８１Ａを球形としたため、プローブセット部７０が半導体２Ａの傾きに追従して傾くので、複雑な制御を行うことなく、プローブ９０の押圧力を均一化でき、その結果、半導体２Ａの実装状態に左右されずに検査を行うことが可能となる。

また、本実施形態によれば、浮上手段６５により、プローブセット部７０をセット保持部８０に対し浮かせることができるので、プローブセット部７０を半導体２Ａの傾きに追従して容易に傾けることができる。

但し、上記実施の形態は本発明の一態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、上記実施形態では、プローブセット部７０のセット部側接触面７１を凹状球形に、セット保持部８０の保持部側接触面８１Ａを凸状球形に形成したが、セット部側接触面７１を凸状球形に、保持部側接触面８１Ａを凹状球形に形成してもよい。

また、上記実施形態では、プローブセット部７０を浮かせる浮上手段６５を設けていたが、浮上手段６５は設けなくてもよい。
また、上記実施形態では、複数本のプローブ９０を一列に設けていたが、複数本のプローブ９０を複数列に設けてもよい。

また、上記実施形態では、基板２Ｂに一の半導体２Ａが設けられていたため、検査装置１が一のプローブユニット６２を備えていたが、図７に示すように、基板１０２Ｂに複数の半導体２Ａが設けられている場合には、検査装置１００が複数のプローブユニット６２を備えてもよい。この場合、複数の半導体２Ａが異なる方向に傾いていても、半導体２Ａに衝撃を与えることなく検査できる。

また、上記実施形態では、上述した実施形態では、被試験デバイスとしてインバータ装置のアームを検査する検査装置を例示したが、これに限らず、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のパワー半導体デバイス、及び当該パワー半導体により構成したモジュールデバイスの検査装置として広く用いることができる。

１検査装置
２Ａ半導体
６５浮上手段
７０プローブセット部
７１セット部側接触面（接触部）
８０セット保持部
８１本体（１保持部）
８１Ａ保持部側接触面（接触部）
８２支持体（第２保持部）
８３連結部
９０プローブ

Claims

半導体に接触するプローブを複数有するプローブセット部と、
このプローブセット部を保持するとともに前記半導体に向けて加圧するセット保持部とを備え、
前記プローブセット部と前記セット保持部との接触部を球形としたことを特徴とする半導体検査装置。
前記セット保持部は、第１保持部と、第１保持部に連結部を介して連結され、前記プローブセット部内に設けられる第２保持部とを有し、
前記プローブセット部と前記第１保持部との接触部を球形としたことを特徴とする請求項１に記載の半導体検査装置。
前記プローブセット部を前記セット保持部に対し浮かせる浮上手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体検査装置。
半導体に接触するプローブを複数有するプローブセット部と、このプローブセット部を保持するセット保持部とを備える半導体検査装置を用いた半導体検査方法であって、
前記プローブセット部と前記セット保持部との接触部を球形とし、
前記セット保持部と前記プローブセット部とを調芯し、前記セット保持部によって前記プローブセット部を前記半導体に向けて加圧して、複数の前記プローブを前記半導体に略均等な力で押圧して検査することを特徴とする半導体検査方法。